化合物硼酸鋇和硼酸鋇光學(xué)晶體及制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學(xué)式為Ba2B1(l017的化合物硼酸鋇及硼酸鋇光學(xué)晶體，晶體制備方法 和利用該晶體制作的光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙折射現(xiàn)象是光在光性非均勻的介質(zhì)晶體中傳播時表現(xiàn)出來的重要特性之一。光 在光性非均質(zhì)體(如三方晶系、四方晶系，六方晶系等晶系的晶體）中傳播時（除了沿光軸方 向)，會改變其振動特點，分解為兩個電場矢量振動方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不 等的兩束偏振光，即〇光和e光，這種現(xiàn)象稱為雙折射，這樣的晶體稱為雙折射晶體。利用 雙折射晶體的特性可以得到線偏振光，實現(xiàn)對光束的位移等。從而使得雙折射晶體成為制 作光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等光學(xué)元件關(guān)鍵材料。
[0003] 常用的雙折射材料主要有MgF2、金紅石、YV0 4、方解石、LiNb03以及a -BaB204晶體 等。然而這些材料都存在著不足之處，例如，方解石晶體人工合成難，且易于解離；金紅石 人工合成比較困難，且尺寸較小，硬度大，難以加工；MgF 2晶體和LiNb03晶體雙折射率太小； YV04晶體由于在生長過程中有很多困難，也不易獲得高質(zhì)量的晶體；a -BaB204由于存在固 態(tài)相變，很容易在晶體生長過程中開裂。總之，所存在的這些雙折射材料要么是無法滿足大 尺寸光學(xué)偏光元件的要求，晶體利用率低，要么就是難生長。鑒于此，非常有必要尋找一種 易于生長，性能穩(wěn)定且具有較大雙折射率的雙折射晶體。
[0004] 通過檢索，專利申請?zhí)朥S09/758, 327報道了 Ba2B1Q017化合物，通過比較表明：本發(fā) 明所述的化合物Ba 2B1(l017與US09/758, 327報道的化合物Ba2B1(l017區(qū)別在于：1、空間群不 同，檢索文獻(xiàn)US09/758,327為P1，本發(fā)明為/> 1;2、性質(zhì)不同，檢索文獻(xiàn)US09/758,327為 非中心對稱的化合物，具有二階非線性光學(xué)效應(yīng)；本發(fā)明為中心對稱的化合物，不具有二階 非線性光學(xué)效應(yīng)。3、用途不同，檢索文獻(xiàn)US09/758, 327晶體可作為制備倍頻發(fā)生器、上或 下頻率轉(zhuǎn)換器，光參量振蕩器等非線性光學(xué)器件的用途。本發(fā)明晶體由于有較大的雙折射 率，可作為光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器的用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種化合物硼酸鋇，及硼酸鋇光學(xué)晶體，化學(xué)式均為 Ba2B10017。
[0006] 本發(fā)明另一目的在于提供采用提拉法生長硼酸鋇光學(xué)晶體的制備方法。
[0007] 本發(fā)明再一個目的是提供一種硼酸鋇光學(xué)器件的用途，用于適于制作光通信元 件，例如，光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等。特別適用于制作各 種用途的偏光棱鏡，相位延遲器件和電光調(diào)制器件。
[0008] 本發(fā)明所述的一種化合物硼酸鋇，該化合物的化學(xué)式為Ba2B 1Q017，空間群，a = 6. 7128 (3) A，b = 9. 8698 (4) A，c = 9. 9998 (4)A，分子量 654. 7538,采用固相反應(yīng)法合成 化合物。
[0009] -種化合物硼酸鋇光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為Ba2B1(l017，晶體屬三斜晶系，空間 群尸l，a= 6.7128(3)A, b = 9.8698(4)A，c = 9.9998(4)A, 617.07(4)1。
[0010] 所述的化合物硼酸鋇光學(xué)晶體的制備方法，采用提拉法生長晶體，具體操作按下 列步驟進(jìn)行：
[0011] a、將化合物硼酸鋇在坩堝中加熱至熔化，并在溫度890-950°C恒溫48-80h，再降 至溫度868-872°C，得到Ba2B1Q017熔體；
[0012] b、以溫度0-10°C /h的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得籽晶或在降溫中使用鉬絲 懸掛法獲得小晶體作為籽晶；
[0013] c、在化合物熔體表面或熔體中生長晶體：將步驟b籽晶固定在籽晶桿上，從頂部 下籽晶與步驟a化合物熔體表面接觸，降溫至860 - 865°C ;或?qū)⒉襟Ea化合物熔體直接降 溫至860 - 865°C，再與固定在籽晶桿上籽晶接觸；
[0014] d、再以溫度0-5°C /天的速率緩慢降溫，并以13-17mm/h的速度向上提拉晶體，待 單晶生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔體表面，并以溫度10-50°C /h速率降至室溫，然 后將晶體從爐膛中取出，即可得到化合物硼酸鋇光學(xué)晶體。
[0015] 步驟a所述化合物硼酸鋇中含鋇的化合物為碳酸鋇、硝酸鋇、氫氧化鋇，碳酸氫鋇 或氧化鋇，含硼化合物為硼酸或氧化硼。
[0016] 所述化合物硼酸鋇光學(xué)晶體在制備制作光學(xué)調(diào)制器，光束位移器，光隔離器，光學(xué) 起偏器和環(huán)形器的用途。
[0017] 本發(fā)明提供的化合物硼酸鋇，其化學(xué)式為8&281(|017;采用固相反應(yīng)法按下列化學(xué)反 應(yīng)式制備化合物硼酸鋇；
[0018] (1) 2BaC03+10H3B03 - Ba2B10017+15H20t+2C02 個
[0019] (2) 2Ba (N03) 2+10H3B03 - Ba2B10017+15H20 個 +4N02 個 +02 個
[0020] (3) 2Ba (OH) 2+10H3B03 - Ba2B10017+17H20t
[0021] (4) 2Ba0+10H3B03 - Ba2B10017+15H20 個
[0022] (5)2Ba(HC03)2+10H 3B03 -Ba2B10017+17H20t+4C02t
[0023] 本發(fā)明所獲晶體機(jī)械硬度適中，易于切割、拋光、加工和保存，不溶于水，不潮解， 在空氣穩(wěn)定，適于制作光通信兀件，例如，光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光 學(xué)調(diào)制器等。特別適用于制作各種用途的偏光棱鏡，相位延遲器件和電光調(diào)制器件。其透 光波段在190nm至2600nm之間，且折射率較大。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明Ba2B1Q017粉末的x-射線衍射圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明楔形雙折射晶體偏振分束器示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明光隔離器示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明光束位移器不意圖，其中1為入射光，2為〇光，3為e光，4為光軸， 5為Ba2B 1(l017晶體，6透光方向，7光軸面。
【具體實施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0029] 實施例1:
[0030]合成硼酸鋇（Ba2B1(l017)化合物：
[0031] 采用固相反應(yīng)法合成化合物硼酸鋇，其化學(xué)方程式是：
[0032]2BaC03+10H3B03 - Ba2B10017+15H20t+2C02 個；
[0033] 將8&〇)3和11 3803以1:5的摩爾比例放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入 〇400mmX400mm的開口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至300°C，恒溫24 小時，待冷卻后取出坩堝，此時樣品較硬，將樣品取出重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬 弗爐內(nèi)于溫度600°C，恒溫48小時，將其取出，此時樣品較之前的松軟，將樣品取出重新再 次研磨均勻，置于坩堝中，在馬弗爐內(nèi)于溫度810°C，恒溫72小時后，取出樣品，放入研缽中 搗碎研磨即得硼酸鋇化合物，對該產(chǎn)物進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與Ba 2B1(l017單晶研 磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；
[0034] 在高溫熔體中采用提拉法生長大尺寸Ba2B 1(l017晶體：
[0035] 首先將合成的化合物Ba2B1(l0 17裝入〇 50mmX 50mm的開口鉬坩堝中，將坩堝放入晶 體生長爐中，升溫至900°C，恒溫48小時后，再降溫至870°C，得到Ba2B1(l017熔體；
[0036] 以溫度0. 5°C /h的速率緩慢降至室溫，在降溫中使用鉬絲懸掛法獲得小晶體作為 桿晶；
[0037] 在化合物熔體表面生長晶體：將籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶，將固定 在籽晶桿下端的籽晶從爐頂部小孔導(dǎo)入坩堝，使籽晶與Ba 2B1(l017熔體液面接觸，降溫至 863. 6°C，恒溫，以13mm/h的速度向上提拉晶體；
[0038] 待單晶生長停止后，加大提拉速度，使晶體脫離熔體液面，以溫度20°C /h的速率 降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出晶體，即可得到尺寸為23mmX 23mmX 14mm的Ba2B1(l017光 學(xué)晶體。
[0039] 實施例2 :
[0040]按反應(yīng)式 2Ba(N03)2+10H3B03 - Ba2B1Q017+15H20 丨 +4N02 丨 +02 丨合成化合物 Ba2B1(l017，具體操作步驟依據(jù)實施例1進(jìn)行；
[0041] 在高溫熔體中采用提拉法生長